Rôle des ontologies en ingénierie des EIAH : cas d'un système d'assistance au design pédagogique

Cette thèse illustre le rôle que l'Ingénierie Ontologique (IO) peut jouer dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Même si ce rôle touche à la fois la conception et la diffusion de l'apprentissage, nous nous attardons sur son rôle dans la conception. Nous montrons alors comment il vise à combler un manque, celui de l'assistance aux concepteurs.\ud Notre but est donc de faire la preuve de la contribution possible de l'IO dans l'ingénierie des EIAH, et pour illustrer cette preuve, nous prenons l'assistance aux concepteurs pédagogiques comme exemple de situation où l'IO est utile. Nous abordons le problème, en le posant de la façon suivante: Comment assister les concepteurs pédagogiques dans leur tâche parfois complexe de design pédagogique (DP), alors que les systèmes auteurs ne leur offrent pas l'assistance nécessaire pour concevoir des scénarios sémantiquement corrects, c'est-à-dire des scénarios valides du point de vue des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique (TPAED), ni le moyen de procéder à une telle validation sémantique? Nous montrons que la cause principale de ce manque dans les systèmes auteurs (incluant les systèmes orientés pédagogie, orientés performance, hypermédias, adaptatifs et collaboratifs et Web, pour n'en nommer que quelques-uns) est leur faible représentation explicite du DP et des TPAED dans leur modèle pédagogique. Nous privilégions une approche d'IO basée sur le Web sémantique afin de profiter des technologies bien établies et standardisées qui en découlent, à savoir les langages Web basés sur la syntaxe XML, les services Web et les annotations sémantiques. Pour mettre en oeuvre notre thèse, nous proposons la conception d'un système d'aide permettant d'apporter au concepteur pédagogique l'assistance dont il a besoin lors de l'utilisation de tout système auteur. Nous nommons ce système CIAO, ce qui signifie qu'il s'agit d'un système d'aide à la Conception Intelligemment Assistée par des Ontologies. CIAO exploite une ontologie formalisant les TPAED, dont nous assurons la construction selon une approche d'IO que nous proposons. Les services offerts au concepteur sont assurés grâce à des règles de validation syntaxique et sémantique que nous avons créées et intégrées à CIAO. Quelle que soit la situation dans laquelle l'IO est utilisée, il s'agit d'un processus complexe qu'il faut avant tout développer de façon méthodologique. Cette thèse apporte aussi une solution sur cet aspect méthodologique de l'IO, puisque nous proposons une Méthode Intégrée d'IO appelée, MI2O. Cette méthode est dite intégrée parce qu'elle tient compte des points forts des principales méthodes d'IO et du standard du génie logiciel IEEE 1074-1995 (l'ontologie étant considérée comme un produit du génie logiciel).\ud Notre contribution peut se résumer ainsi: (1) La méthode MI2O, utilisée pour construire l'Ontologie des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique ou OTPAED ; (2) L'OTPAED, une contribution originale pouvant être exploitée par tous les systèmes auteurs d'EIAH ; (3) Le système CIAO, un système réactif d'assistance en design pédagogique qui donne, entre autres, du conseil pour la conception des scénarios pédagogiques syntaxiquement/sémantiquement valides selon une théorie déterminée. Ainsi, il offre une validation flexible de scénarios selon les standards du DP (par ex. IMS Learning Design) et selon les TPAED. Le prototype que nous avons développé tend à montrer le potentiel de l'IO en contexte de DP en illustrant (à travers plusieurs scénarios d'utilisation de CIAO) comment des ontologies peuvent être exploitées pour assister le concepteur pédagogique; (4) Les règles de validation syntaxiques et sémantiques de CIAO. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnement interactif pour l'apprentissage humain, Ingénierie ontologique, Intelligence artificielle dans l'éducation, Méthodologie, Ontologie, Représentation des connaissances, Système auteur, Système tutoriel intelligent, Théories et paradigmes de l'apprentissage, de l'enseignement et du design pédagogique

Rôle des ontologies en ingénierie des EIAH : cas d'un système d'assistance au design pédagogique

Cette thèse illustre le rôle que l'Ingénierie Ontologique (IO) peut jouer dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Même si ce rôle touche à la fois la conception et la diffusion de l'apprentissage, nous nous attardons sur son rôle dans la conception. Nous montrons alors comment il vise à combler un manque, celui de l'assistance aux concepteurs. Notre but est donc de faire la preuve de la contribution possible de l'IO dans l'ingénierie des EIAH, et pour illustrer cette preuve, nous prenons l'assistance aux concepteurs pédagogiques comme exemple de situation où l'IO est utile. Nous abordons le problème, en le posant de la façon suivante: Comment assister les concepteurs pédagogiques dans leur tâche parfois complexe de design pédagogique (DP), alors que les systèmes auteurs ne leur offrent pas l'assistance nécessaire pour concevoir des scénarios sémantiquement corrects, c'est-à-dire des scénarios valides du point de vue des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique (TPAED), ni le moyen de procéder à une telle validation sémantique? Nous montrons que la cause principale de ce manque dans les systèmes auteurs (incluant les systèmes orientés pédagogie, orientés performance, hypermédias, adaptatifs et collaboratifs et Web, pour n'en nommer que quelques-uns) est leur faible représentation explicite du DP et des TPAED dans leur modèle pédagogique. Nous privilégions une approche d'IO basée sur le Web sémantique afin de profiter des technologies bien établies et standardisées qui en découlent, à savoir les langages Web basés sur la syntaxe XML, les services Web et les annotations sémantiques. Pour mettre en oeuvre notre thèse, nous proposons la conception d'un système d'aide permettant d'apporter au concepteur pédagogique l'assistance dont il a besoin lors de l'utilisation de tout système auteur. Nous nommons ce système CIAO, ce qui signifie qu'il s'agit d'un système d'aide à la Conception Intelligemment Assistée par des Ontologies. CIAO exploite une ontologie formalisant les TPAED, dont nous assurons la construction selon une approche d'IO que nous proposons. Les services offerts au concepteur sont assurés grâce à des règles de validation syntaxique et sémantique que nous avons créées et intégrées à CIAO. Quelle que soit la situation dans laquelle l'IO est utilisée, il s'agit d'un processus complexe qu'il faut avant tout développer de façon méthodologique. Cette thèse apporte aussi une solution sur cet aspect méthodologique de l'IO, puisque nous proposons une Méthode Intégrée d'IO appelée, MI2O. Cette méthode est dite intégrée parce qu'elle tient compte des points forts des principales méthodes d'IO et du standard du génie logiciel IEEE 1074-1995 (l'ontologie étant considérée comme un produit du génie logiciel). Notre contribution peut se résumer ainsi: (1) La méthode MI2O, utilisée pour construire l'Ontologie des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique ou OTPAED ; (2) L'OTPAED, une contribution originale pouvant être exploitée par tous les systèmes auteurs d'EIAH ; (3) Le système CIAO, un système réactif d'assistance en design pédagogique qui donne, entre autres, du conseil pour la conception des scénarios pédagogiques syntaxiquement/sémantiquement valides selon une théorie déterminée. Ainsi, il offre une validation flexible de scénarios selon les standards du DP (par ex. IMS Learning Design) et selon les TPAED. Le prototype que nous avons développé tend à montrer le potentiel de l'IO en contexte de DP en illustrant (à travers plusieurs scénarios d'utilisation de CIAO) comment des ontologies peuvent être exploitées pour assister le concepteur pédagogique; (4) Les règles de validation syntaxiques et sémantiques de CIAO. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnement interactif pour l'apprentissage humain, Ingénierie ontologique, Intelligence artificielle dans l'éducation, Méthodologie, Ontologie, Représentation des connaissances, Système auteur, Système tutoriel intelligent, Théories et paradigmes de l'apprentissage, de l'enseignement et du design pédagogique

Vers la cohésion des structures d'un produit aéronautique personnalisé selon l'approche d'adaptation de produit sur commande

L'architecture d'un environnement de développement numérique de produits complexes doit prévenir la dispersion des structures hétérogènes du produit, principalement due à la divergence des points de vue sur le produit au sein d'une entreprise, afin d'assurer l'efficacité des mécanismes de propagation des modifications. Pour y parvenir, ce mémoire propose la caractérisation des exigences relatives à la définition, la gestion et la maîtrise des structures du produit au cours de son cycle de vie. On y présente un modèle intégré où les différentes structures du produit sont associées, dans l'ordre selon lequel elles sont définies, aux phases des processus de développement et de vente-livraison. Ce modèle s'applique aux produits personnalisés selon l'approche d'adaptation sur commande, dont une étude de cas réalisée chez un constructeur aéronautique nous a permis de documenter les particularités et les enjeux. L'analyse de la situation chez l'industriel au niveau de la gestion des stuctures du produit nous amène alors à proposer le concept de stucture générique adaptative du produit (SGAP) et à formuler des avenues d'amélioration à court et à long terme menant à l'implémentation de ce concept. Ayant pour objectif la réutilisation efficace des données techniques en adaptation de produit, la SGAP implique la caractérisation et la classification adéquates des articles nouvellement développés. Ainsi, on suggère notamment la mise en valeur des relations entre les structures du produit et l'exploitation des fonctionnalités offertes par les systèmes de gestion des données techniques (PDM) ou de gestion du cycle de vie du produit (PLM)

Agents mobiles natifs pour systèmes embarqués

L’objectif de ce projet de recherche est de développer une technologie d’agents mobiles pour systèmes embarqués. Dans un premier temps, une plateforme d’agents mobiles pour systèmes embarqués homogènes est réalisée et, ensuite dans un deuxième temps, une application d’informatique diffuse qui exploite la mobilité du contexte d’exécution est mise en œuvre pour valider cette plateforme. La mobilité d’un agent est définie comme suit: son exécution est interrompue sur le nœud courant, appelé nœud source, ensuite les données représentant l’état de l’agent sont transférées du nœud source vers un nœud destination et enfin, arrivé au nœud destination, son exécution se poursuit là où elle avait été interrompue sur le nœud de départ. Cette opération, appelée migration du contexte d’exécution, est intégrée aux fonctionnalités d’un noyau temps réel, permettant ainsi la mobilité d’agents logiciels au sein d’une grappe de systèmes embarqués homogènes. Les applications visées par le projet relèvent du domaine de l’informatique diffuse et plus particulièrement de son application à l’espace intelligent

Contribution au domaine de la conception d’objets communicants embarqués basse consommation et autonomes en énergie

This report proposes a synthesis of my research and teaching activities. Since 2008, as associate professor at the University of Nice Sophia Antipolis, I did my research into the MCSOC team from the LEAT laboratory. For nearly 15 years, my activity is focused on the design of embedded communicating objects, with a strong emphasis for high level approach allowing, early in the design flow, to model and optimize the performance as well as the consumed energy. Those system-level approaches are more and more relevant over the last few years and become a must-have solution for designing efficient embedded systems. My activity on energy harvesting for autonomous systems brings an original contribution to this domain and has a national and international impact. This document is organized in two parts: the first part is a synthesis of my research and teaching activity, while the second one presents in details my research work, putting in evidence my contributions and innovative aspects. The manuscript ends with a scientific overview as well as some perspectives.Ce manuscrit présente une synthèse de mes travaux de recherche. Depuis septembre 2008, date de ma nomination en tant que Maître de Conférences à l’Université de Nice Sophia Antipolis, j’ai effectué mes travaux de recherche au sein de la thématique MCSOC (Modélisation, Conception Système d’Objets Communicants) du laboratoire LEAT (Université de Nice Sophia Antipolis, UMR CNRS 7248). Depuis maintenant près de 15 ans, mes travaux de recherche s’intéressent au domaine de la conception d’objets communicants embarqués avec une évolution forte vers des approches de haut niveau d’abstraction permettant tôt dans le flot de conception, de modéliser et d’optimiser les performances et la consommation d’énergie. Ces approches de niveau système n’ont cessé de prendre de l’ampleur ces dernières années et s’installent aujourd’hui comme une solution incontournable du domaine de la conception de systèmes embarqués. Mes travaux plus spécifiques sur l’autonomie énergétique de ces systèmes apportent une contribution originale au domaine et ont un rayonnement national et international. Ce document est organisé en deux parties : la première partie propose une synthèse des travaux de recherche et d’enseignement ; la seconde présente de manière détaillée mes travaux de recherche en mettant en avant toutes ses contributions et originalités. Le manuscrit s’achève par un bilan scientifique ainsi que quelques perspectives de recherche

Numérique : impact sur le cycle de vie du document (Le)

Actes du colloque "Le numérique : impact sur le cycle de vie du document" organisé à l\u27université de Montréal par l\u27EBSI et l\u27ENSSIB du 13 au 15 octobre 2004. Son objectif était de traiter de façon interdisciplinaire la problématique suivante : « La numérisation, la diffusion des formats numériques originaux, les nouvelles méthodes d\u27indexation et d\u27analyse du document ainsi que le fonctionnement en réseau changent les données de base de la vie du document qui devient une sorte de phénix incessamment renaissant » (programme du colloque)

La géosimulation orientée agent : un support pour la planification dans le monde réel

La planification devient complexe quand il s’agit de gérer des situations incertaines. Prédire de façon précise est une tâche fastidieuse pour les planificateurs humains. L’approche Simulation-Based Planning consiste à associer la planification à la simulation. Chaque plan généré est simulé afin d’être testé et évalué. Le plan le plus approprié est alors retenu. Cependant, le problème est encore plus complexe lorsque viennent s’ajouter des contraintes spatiales. Par exemple, lors d’un feu de forêt, des bulldozers doivent construire une ligne d’arrêt pour arrêter la propagation des feux. Ils doivent alors tenir compte non seulement de l’avancée des feux mais aussi des caractéristiques du terrain afin de pouvoir avancer plus facilement. Nous proposons une approche de géosimulation basée sur les agents et qui a pour but d’assister la planification dans un espace réel, à large échelle géographique et surtout à forte composante spatiale. Un feu de forêt est un problème typique nécessitant une planification dans un monde réel incertain et soumis à de fortes contraintes spatiales. Nous illustrons donc notre approche (nommée ENCASMA) sur le problème des feux de forêts. L’approche consiste à établir un parallélisme entre l’Environnement Réel ER (p.ex. une forêt incendiée) et un Environnement de Simulation ES (p.ex. une reproduction virtuelle de la forêt incendiée). Pour garantir un niveau acceptable de réalisme, les données spatiales utilisées dans l’ES doivent absolument provenir d’un SIG (Système d’information Géographique). Les planificateurs réels comme les pompiers ou les bulldozers sont simulés par des agents logiciels qui raisonnent sur l’espace modélisé par l’ES. Pour une meilleure sensibilité spatiale (pour tenir compte de toutes les contraintes du terrain), les agents logiciels sont dotés de capacités avancées telles que la perception. En utilisant une approche par géosimulation multiagent, nous pouvons générer une simulation réaliste du plan à exécuter. Les décideurs humains peuvent visualiser les conséquences probables de l’exécution de ce plan. Ils peuvent ainsi évaluer le plan et éventuellement l’ajuster avant son exécution effective (sur le terrain). Quand le plan est en cours d’exécution, et afin de garantir la cohérence des données entre l’ER et l’ES, nous gardons trace sur l’ES des positions (sur l’ER) des planificateurs réels (en utilisant les technologies du positionnement géoréférencé). Nous relançons la planification du reste du plan à partir de la position courante de planificateur réel, et ce de façon périodique. Ceci est fait dans le but d’anticiper tout problème qui pourrait survenir à cause de l’aspect dynamique de l’ER. Nous améliorons ainsi le processus classique de l’approche DCP (Distributed Continual Planning). Enfin, les agents de l’ES doivent replanifier aussitôt qu’un événement imprévu est rapporté. Étant donné que les plans générés dans le cas étudié (feux de forêts) sont essentiellement des chemins, nous proposons également une approche basée sur la géosimulation orientée agent pour résoudre des problèmes particuliers de Pathfinding (recherche de chemin). De plus, notre approche souligne les avantages qu’apporte la géosimulation orientée agent à la collaboration entre agents humains et agents logiciels. Plus précisément, elle démontre : • Comment la cognition spatiale des agents logiciels sensibles à l’espace peut être complémentaire avec la cognition spatiale des planificateurs humains. • Comment la géosimulation orientée agent peut complémenter les capacités humaines de planification lors de la résolution de problèmes complexes. Finalement, pour appliquer notre approche au cas des feux de forêts, nous avons utilisé MAGS comme plate-forme de géosimulation et Prometheus comme simulateur du feu. Les principales contributions de cette thèse sont : 1. Une architecture (ENCASMA) originale pour la conception et l’implémentation d’applications (typiquement des applications de lutte contre les désastres naturels) dans un espace géographique réel à grande échelle et dynamique. 2. Une approche basée sur les agents logiciels pour des problèmes de Pathfinding (recherche de chemin) particuliers (dans un environnement réel et à forte composante spatiale, soumis à des contraintes qualitatives). 3. Une amélioration de l’approche de planification DCP (plus particulièrement le processus de continuité) afin de remédier à certaines limites de la DCP classique. 4. Une solution pratique pour un problème réel et complexe : la lutte contre les feux de forêts. Cette nouvelle solution permet aux experts du domaine de mieux planifier d’avance les actions de lutte et aussi de surveiller l’exécution du plan en temps réel.Planning becomes complex when addressing uncertain situations. Accurate predictions remain a hard task for human planners. The Simulation-Based Planning approach consists in associating planning and simulation. Each generated plan is simulated in order to be tested and evaluated. The most appropriate plan is kept. The problem is even more complex when considering spatial constraints. For example, when fighting a wildfire, dozers build a firebreak to stop fire propagation. They have to take into account not only the fire spread but also the terrain characteristics in order to move easily. We propose an agent-based geosimulation approach to assist such planners with planning under strong spatial constraints in a real large-scale space. Forest fire fighting is a typical problem involving planning within an uncertain real world under strong spatial constraints. We use this case to illustrate our approach (ENCASM). The approach consists in drawing a parallel between the Real Environment RE (i.e. a forest in fire) and the Simulated Environment SE (i.e. a virtual reproduction of the forest). Spatial data within the SE should absolutely come from a GIS (Geographic Information System) for more realism. Real planners such as firefighters or dozers are simulated using software agents which reason about the space of the SE. To achieve a sufficient spatial awareness (taking into account all terrain’s features), agents have advanced capabilities such as perception. Using a multiagent geosimulation approach, we can generate a realistic simulation of the plan so that human decision makers can visualize the probable consequences of its execution. They can thus evaluate the plan and adjust it before it can effectively be executed. When the plan is in progress and in order to maintain coherence between RE and SE, we keep track in the SE of the real planners’ positions in the RE (using georeferencing technologies). We periodically replan the rest of the plan starting from the current position of the real planner. This is done in order to anticipate any problem which could occur due to the dynamism of the RE. We thus enhance the process of the classical Distributed Continual Planning DCP. Finally, the agents must replan as soon as an unexpected event is reported by planners within the RE. Since plans in the studied case (forest fires) are mainly paths, we propose a new approach based on agent geosimulation to solve particular Pathfinding problems. Besides, our approach highlights the benefits of the agent-based geo-simulation to the collaboration of both humans and agents. It thus shows: • How spatial cognitions of both spatially aware agents and human planners can be complementary. • How agent-based geo-simulation can complement human planning skills when addressing complex problems. Finally, when applying our approach on firefighting, we use MAGS as a simulation platform and Prometheus as a fire simulator. The main contributions of this thesis are: 1. An original architecture (ENCASMA) for the design and the implementation of applications (typically, natural disasters applications) in real, dynamic and large-scale geographic spaces. 2. An agent-based approach for particular Pathfinding problems (within real and spatially constrained environments and under qualitative constraints). 3. An enhancement of the DCP (particularly, the continual process) approach in order to overcome some limits of the classical DCP. 4. A practical solution for a real and complex problem: wildfires fighting. This new solution aims to assist experts when planning firefighting actions and monitoring the execution of these plans